高中化学人教版一轮复习化学反应与能量变化.docx
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高中化学人教版一轮复习化学反应与能量变化
课时1 化学能与热能
[2018备考·最新考纲]
1.了解化学反应中能量转化的原因,能说出常见的能量转化形式。
2.了解化学能与热能的相互转化。
了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
3.了解热化学方程式的含义。
能正确书写热化学方程式。
4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。
了解化学在解决能源危机中的重要作用。
5.了解焓变与反应热的含义。
了解ΔH=H(生成物)-H(反应物)表达式的含义。
6.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
考点一 焓变与反应热
(考点层次A→自学、识记、辨析)
1.化学反应的实质与特征
2.焓变、反应热
(1)焓(H)
用于描述物质所具有能量的物理量。
(2)焓变(ΔH)
ΔH=H(生成物)—H(反应物)。
单位kJ·mol-1。
(3)反应热
指当化学反应在一定温度下进行时,反应所放出或吸收的热量,通常用符号Q表示,单位kJ·mol-1。
(4)焓变与反应热的关系
对于等压条件下进行的化学反应,如果反应中物质的能量变化全部转化为热能,则有如下关系:
ΔH=Qp。
3.吸热反应与放热反应
类型
比较
吸热反应
放热反应
定义
吸收热量的化学反应
放出热量的化学反应
形成原因
E(反应物) E(反应物)>E(生成物) 表示方法 ΔH>0 ΔH<0 图示 反应类型 或实例 ①所有的水解反应 ②大多数的分解反应 ③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应 ④C+H2O CO+H2 ①所有的中和反应 ②所有的燃烧反应 ③大多数的化合反应 ④活泼金属与水、较活泼金属与酸的反应 ⑤铝热反应 提醒: ①任何化学反应都是旧键断裂,新键形成的过程,都伴随着能量的变化。 其中断裂旧化学键吸收能量,形成新化学键放出能量。 ②有能量变化的过程不一定是放热反应或吸热反应,如水结成冰放热但不属于放热反应。 ③化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。 如吸热反应NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O在常温常压下即可进行。 教材 高考 1.(RJ必修2·P374改编)下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( ) A.碳酸钙受热分解 B.乙醇燃烧 C.铝粉与氧化铁粉末反应 D.氧化钙溶于水 答案 A 2.(溯源题)(2015·北京理综,9)最新报道: 科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。 反应过程的示意图如下: 判断下列说法是否正确 (1)CO和O生成CO2是吸热反应(×) (2)在该过程中,CO断键形成C和O(×) (3)CO和O生成了具有极性共价键的CO2(√) (4)状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程(×) 探源: 本考题源于RJ选修4P3“化学反应过程中的能量变化图示”,对反应过程中能量变化问题进行了多角度考查。 [诊断性题组] 1.基础知识判断,对的打“√”,错误的打“×” (1)放热反应不需要加热就能反应,吸热反应不加热就不能反应(×) (2)物质发生化学变化都伴有能量的变化(√) (3)酒精可用作燃料,说明酒精燃烧是放热反应(√) (4)硝酸铵溶于水温度降低,这个变化是吸热反应(×) (5)在化学反应过程中,发生物质变化的同时不一定发生能量变化(×) (6)破坏生成物全部化学键所需要的能量大于破坏反应物全部化学键所需要的能量时,该反应为吸热反应(×) (7)生成物的总焓大于反应物的总焓时,反应吸热,ΔH>0(√) (8)ΔH的大小与热化学方程式的化学计量数无关(×) (9)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同(×) (10)可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化,与反应是否可逆无关(√) 2.(2017·河北三市二联)某反应使用催化剂后,其反应过程中能量变化如图。 下列说法错误的是( ) A.总反应为放热反应 B.使用催化剂后,活化能不变 C.反应①是吸热反应,反应②是放热反应 D.ΔH=ΔH1+ΔH2 解析 由题图可知,反应①是吸热反应,反应②是放热反应,总反应是放热反应,且ΔH=ΔH1+ΔH2,A、C、D项正确;使用催化剂能降低反应所需的活化能,B项错误。 答案 B 3.(2015·河南十校联考,4)如图表示白磷(P4)分子结构。 白磷在氧气不足时燃烧生成P4O6,P4O6分子结构可以看成是白磷分子中磷磷键之间插入氧原子。 已知: 键能表示断裂1mol化学键需要吸收的能量。 几种共价键的键能如下表所示: 化学键 P—P P—O P===O O===O 键能/(kJ·mol-1) a b c d 则P4(s)+3O2(g)===P4O6(s)的反应热(ΔH)为( ) A.(6a+3d-12b-4c)kJ·mol-1 B.(4a+3d-8d)kJ·mol-1 C.(6a+3d-12b)kJ·mol-1 D.(6a+3d+4c-12b)kJ·mol-1 解析 断裂6个P—P键、3个O===O键,形成12个P—O键,C选项正确。 答案 C 【归纳总结】 1.解答能量变化图像题的“三”关键 (1)注意活化能在图示中的意义。 ①从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能; ②从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能。 (2)催化剂只影响正、逆反应的活化能,而不影响反应的ΔH。 (3)设计反应热的有关计算时,要切实注意图示中反应物和生成物的物质的量。 2.解答化学键与反应热关系题目的“两”注意 (1)旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的,缺少任一个过程都不是化学变化。 (2)常见物质中的化学键数目 物质 CO2 (C===O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2 (Si—O) 石墨 金刚石 S8 (S—S) Si 键数 2 4 6 4 1.5 2 8 2 考点二 燃烧热、中和热、能源 (考点层次A→自学、识记、辨析) 1.燃烧热和中和热 燃烧热 中和热 相同点 能量变化 放热 ΔH及其单位 ΔH<0,单位均为kJ·mol-1 不同点 反应物的量 1_mol 不一定为1mol 生成物的量 不确定 生成水的量为1_mol 反应热的含义 101kPa时,1_mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量 在稀溶液里,酸与碱发生中和反应生成1_mol水时所放出的热量 表示方法 燃烧热为ΔH=-akJ·mol-1(a>0) 强酸与强碱反应的中和热为ΔH=-57.3_kJ·mol-1 2.中和反应反应热的测定 (1)装置。 (请在横线上填写仪器名称) (2)计算公式: ΔH=- kJ·mol-1 t1—起始温度,t2—混合溶液的最高温度。 (3)注意事项。 ①泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温隔热,减少实验过程中的热量损失。 ②为保证酸完全中和,采取的措施是碱稍过量。 3.能源 提醒: ①中和热是强酸强碱的稀溶液生成1molH2O放出的热量为57.3kJ,弱酸弱碱电离时吸热,生成1molH2O时放出的热量小于57.3kJ。 浓硫酸稀释时放热,生成1molH2O时放出的热量大于57.3kJ。 ②对于中和热、燃烧热,由于它们反应放热是确定的,所以描述中不带“-”,但其焓变为负值。 ③当用热化学方程式表示中和热时,生成H2O的物质的量必须是1mol,当用热化学方程式表示燃烧热时,可燃物的物质的量必须为1mol。 教材 高考 1.(RJ选修4·P103改编)氢能是一种既高效又干净的新能源,发展前景良好。 氢能具有的优点包括( ) ①原料来源广 ②易燃烧、热值高 ③储存方便 ④制备工艺廉价易行 A.①② B.①③ C.③④ D.②④ 答案 A 2.(RJ选修4·P7表1-1改编)氢气的燃烧热为285.5kJ·mol-1,则电解水的热化学方程式为2H2O(l) 2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.0kJ/mol。 3.(溯源题) (1)(2016·海南化学,6)油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应: C57H104O6(s)+80O2(g)===57CO2(g)+52H2O(l) 已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ,油酸甘油酯的燃烧热为3.4×104_kJ·mol-1_。 (2)(2015·海南化学,4)已知丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·mol-1。 若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8g水,则放出的热量约为_55.38_kJ_。 探源: 本考题源于RJ选修4P7“燃烧热”,对有关燃烧热的概念和计算进行了考查。 [诊断性题组] 1.基础知识判断,对的打“√”,错误的打“×” (1)太阳能是清洁能源(√) (2)化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能(√) (3)农村用沼气池产生的沼气作燃料属于生物质能的利用(√) (4)随着科技的发展,氢气将成为主要能源之一(√) (5)开发利用各种新能源,减少对化石燃料的依赖,可以降低空气中PM2.5的含量(√) (6)S(s)+ O2(g)===SO3(g)ΔH=-315kJ·mol-1(燃烧热) (ΔH的数值正确)(×) (7)已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1(×) (8)燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)+ O2(g)===CO2(g)+2H2(g)ΔH=-192.9kJ·mol-1,则CH3OH(g)的燃烧热为192.9kJ·mol-1(×) (9)已知101kPa时,2C(s)+O2(g)===2CO(g)ΔH=-221kJ·mol-1,则该反应的反应热为221kJ·mol-1(×) (10)已知稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)ΔH=-57.3kJ·mol-1,则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水时放出57.3kJ的热量(×) 2.石墨的燃烧热为393.5kJ·mol-1,CO的燃烧热为283.0kJ·mol-1,下列说法正确的是( ) A.相同条件下C(石墨,s)燃烧生成CO气体的热化学方程式: 2C(石墨,s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=+110.5kJ·mol-1 B.1molC(石墨,s)不完全燃烧,生成CO2和CO混合气体时,放出热量283.0kJ C.C(石墨,s)和CO2(g)反应生成CO(g)的反应是放热反应 D.如果金刚石的燃烧热大于石墨的燃烧热,则可以断定从石墨转变为金刚石需要吸热 解析 石墨燃烧必放热,A错;选项B中由于没有告知生成物CO和CO2的物质的量之比,因此无法计算反应放出的热量,B错;C项石墨与CO2反应是吸热反应,C错。 答案 D 3.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。 下列说法正确的是( ) A.H2O的分解反应是放热反应 B.氢能源已被普遍使用 C.2mol液态H2O具有的总能量低于2molH2和1molO2的能量 D.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值 解析 2H2O(l)===2H2(g)+O2(g)是吸热反应,说明2mol液态H2O的能量低于2molH2和1molO2的能量。 因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输,所以氢能源利用并未普及,但发展前景广阔。 答案 C 【易错警示】 (1)燃烧热定义中的“完全燃烧”是指物质中下列元素完全转变成对应的稳定氧化物: C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g)等。 (2)燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写它的热化学方程式时,应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。 例如: CO(g)+ O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0kJ/mol,即CO的燃烧热ΔH=-283.0kJ·mol-1。 (3)中和热是强酸和强碱的稀溶液反应生成1molH2O放出的热量,ΔH=-57.3kJ/mol,弱酸、弱碱电离时吸热,放出的热量小于57.3kJ,NaOH固体溶解或浓硫酸稀释时放热,放出的热量大于57.3kJ,若反应过程中还有其他物质生成(如生成不溶性物质或难电离的其他物质等),则此反应的反应热就不是中和热。 (4)对于中和热、燃烧热,用文字描述时不带负号,但其焓变(ΔH)还是为负值;另外,在关于反应热的文字描述中必须带上“+”或“-”。 考点三 热化学方程式 (考点层次B→共研、理解、整合) 1.概念 表示参加反应物质的量和反应热关系的化学方程式。 2.意义 表明了化学反应中的物质变化和能量变化。 如: C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1表示在25℃,101kPa时,1_mol固体碳和1_mol氧气反应生成1_mol_二氧化碳,同时放出393.5_kJ的热量。 3.热化学方程的书写 提醒: ①ΔH与反应的“可逆性” 可逆反应的ΔH表示反应完全反应时的热量变化,与反应是否可逆无关。 如N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1。 表示在298K时,1molN2(g)和3molH2(g)完全反应生成2molNH3(g)时放出92.4kJ的热量。 但实际上1molN2(g)和3molH2(g)充分反应,不可能生成2molNH3(g),故实际反应放出的热量小于92.4kJ。 ②ΔH单位“kJ·mol-1”的含义,并不是指每摩尔反应物可以放热多少千焦,而是对整个反应而言,是指按照所给的化学方程式的化学计量数完成反应时,每摩尔反应所产生的热效应。 教材 高考 1.(RJ选修4·P64改编)关于下列图像的叙述不正确的是( ) A.图 (1)表示的热化学方程式为CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH=-41kJ·mol-1 B.图 (2)表示的热化学方程式为CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH=+41kJ·mol-1 C.由图可知正、逆反应的热效应的数值相同 D.两个图像表示的含义不同 答案 B 2.(溯源题) (1)[2016·天津理综,7(4)]硅和氯两元素的单质反应生成1molSi的最高价化合物,恢复至室温,放热687kJ,已知该化合物的熔、沸点分别为-69℃和58℃,写出该反应的热化学方程式Si(s)+2Cl2(g)===SiCl4(l) ΔH=-687kJ/mol。 (2)[2015·四川理综,11(4)]FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。 已知25℃,101kPa时: 4Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH=-1648kJ/mol C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393kJ/mol 2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)===2FeCO3(s) ΔH=-1480kJ/mol FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是4FeCO3(s)+O2(g)===2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260kJ/mol。 探源: 本高考题组源于教材RJ选修4P4“思考与交流”,主要考查信息型热化学方程式的书写。 [拓展性题组] 题组一 热化学方程式的正误判断 1.已知: 2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1 2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1452kJ·mol-1 H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1 下列说法正确的是( ) A.CH3OH(l)的燃烧热为1452kJ·mol-1 B.同质量的H2(g)和CH3OH(l)完全燃烧,H2(g)放出的热量多 C. H2SO4(aq)+ Ba(OH)2(aq)=== BaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1 D.3H2(g)+CO2(g)===CH3OH(l)+H2O(l)ΔH=+135.9kJ·mol 解析 CH3OH(l)的燃烧热是指1molCH3OH(l)完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量,故CH3OH(l)的燃烧热为726kJ·mol-1,A项错误;令H2(g)和CH3OH(l)的质量都为1g,则1gH2(g)完全燃烧时放出的热量为 kJ=142.9kJ,1gCH3OH(l)完全燃烧时放出的热量为 kJ≈22.7kJ,故同质量时H2(g)放出的热量多,B项正确;SO 和Ba2+反应生成BaSO4沉淀时要放出热量,故C项反应的ΔH<-57.3kJ·mol-1,C项错误;根据盖斯定律,由(题干中第一个反应×3-题干中第二个反应)× 可得: 3H2(g)+CO2(g)===CH3OH(l)+H2O(l),故ΔH=(-571.6kJ·mol-1×3+1452kJ·mol-1)× =-131.4kJ·mol-1,D项错误。 答案 B 2.下列热化学方程式正确的是( ) 选项 已知条件 热化学方程式 A H2的燃烧热为akJ·mol-1 H2+Cl2 2HCl ΔH=-akJ·mol-1 B 1molSO2、0.5molO2完全反应后,放出热量98.3kJ 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-98.3kJ·mol-1 C H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1 H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)BaSO4(s)+2H2O(l) ΔH=-114.6kJ·mol-1 D 31g白磷比31g红磷能量多bkJ P4(s)===4P(s) ΔH=-4bkJ·mol-1 解析 选项A中符合已知条件的应是H2和O2反应,A错;ΔH应为-196.6kJ·mol-1,B错;选项C中由于生成BaSO4沉淀,放出的热量大于114.6kJ,C错。 答案 D 【易错警示】 热化学方程式正误判断“六项注意” 题组二 热化学方程式的书写 3.依据信息书写热化学方程式 (1)在25℃、101kPa下,一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量QkJ,其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100gCaCO3沉淀,则乙醇燃烧的热化学方程式为_______________________________________________________。 (2)已知25℃、101kPa时,Mn(s)+O2(g)===MnO2(s) ΔH=-520kJ·mol-1 S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-297kJ·mol-1 Mn(s)+S(s)+2O2(g)===MnSO4(s) ΔH=-1065kJ·mol-1 SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是 _______________________________________________________________。 (3)用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。 传统上该转化通过如下图所示的催化循环实现。 其中,反应①为2HCl(g)+CuO(s)H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1 反应②生成1molCl2的反应热为ΔH2,则总反应的热化学方程式为_____________________________________________________________________(反应热用ΔH1和ΔH2表示)。 (4)将CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,可发生反应: ①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),该反应的ΔH=+206kJ·mol-1 已知: ②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802kJ·mol-1,写出由CO2和H2O(g)生成CO的热化学方程式_________________________________。 解析 (1)根据C原子守恒有: C2H5OH~2CO2~2CaCO3。 生成100gCaCO3沉淀,则乙醇为0.5mol,据此可写出反应的热化学方程式。 答案 (1)C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2QkJ·mol-1 (2)MnO2(s)+SO2(g)===MnSO4(s) ΔH=-248kJ·mol-1 (3)2HCl(g)+ O2(g)H2O(g)+Cl2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2 (4)CO2(g)+3H2O(g)===2O2(g)+CO(g)+3H2(g) ΔH=+1008kJ·mol-1 4.依据图像书写热化学方程式 (1)下图是1molNO2和1molCO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: _________________________________________________________________。 (2)化学反应N2+3H22NH3的能量变化如图所示(假设该反应反应完全) 试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式: _______________________________________________________________。 解析 (1)由图可知,产物总能量低于反应物总能量,该反应是放热反应,ΔH=E1-E2=134kJ·mol-1-368kJ·mol-1=-234kJ·mol-1。 答案 (1)NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g) ΔH=-234kJ·mol-1 (2)N2(g)+3H2(g)2NH3(l) ΔH=-2(b+c-a)kJ·mol-1 【思维模型】 利用盖斯定律书写热化学方程式 ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ 微专题七 反应热的计算比较 反应热的计算 1.(根据燃烧热的数据进行计算) 1.5g火箭燃料二甲基肼(CH3—NH—NH—CH3)完全燃烧,放出50kJ热量,则二甲基肼的燃烧热ΔH为( ) A.-1000kJ·mol-1 B.-1500kJ C.-2000kJ·mol-1 D.-2000kJ 解析 1.5g二甲基肼的物质的量是0.025mol,根据燃烧热的定义可知,1mol二甲基肼完全燃烧放出的热量应该为: 1/0.025×50kJ·mol-1=2000kJ·mol-1,即二甲基肼的燃烧热ΔH为-2000kJ·mol-1。 答案 C 2.(根据键能进行计算) 已知: 2CH4(g)+3O2(g)===2C
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